第四章 注水泥技术

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1、第四章、注水泥技术主要内容油井水泥水泥浆的物理性能前置液体系注水泥工艺及设备注水泥设计及计算提高固井注水泥质量的措施§4、注水泥技术油井水泥油井水泥的主要成分油井水泥的水化作用油井水泥的分类水泥浆的性能与固井工程的关系水泥浆性能与固井工程之间的关系水泥外添加剂特种水泥水泥浆性能的调节前置液体系冲洗液隔离液提高固井注水泥质量的措施注水泥质量的基本要求提高注水泥顶替效率凝固过程中油、气、水上窜的问题讨论主要内容：§4、注水泥技术目的与要求：重点、难点：提高固井注水泥质量的措施了解油井水泥的成分、水化作用、油井水泥的分类、水泥外加剂及特种水泥；掌握注水泥的基本要求、水泥浆性能、前置液体系及提高注水

2、泥质量的措施。§4、注水泥技术注水泥：从井口经过套管柱将水泥浆注入井壁与套管柱之间的环空中，将套管柱和地层岩石固结起来的过程。注水泥目的：固定套管、有效封隔井内的油气水层。注水泥内容：选择水泥、设计水泥浆性能、选择水泥外加剂、井眼准备、注水泥工艺设计等。§4、注水泥技术注水泥的基本要求：（l）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；（2）注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象；（3）水泥石与套管及井壁岩石有足够的胶结强度，能经受住酸化压裂及下井管柱的冲击；（4）水泥凝固后管外不冒油、气、水，环空内各种压力体系不能互窜；（5）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。一、油

3、井水泥油井水泥是波特兰水泥（硅酸盐水泥）的一种。油井水泥的基本要求：（1）水泥能配成流动性良好的水泥浆，且在规定的时间内，能始终保持这种流动性。（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。一、油井水泥油井水泥的主要成分:(1)、硅酸三钙3CaO·SiO2（简称C3S）水泥的主要成份，一般的含量为40%～65%。对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。(2)、硅酸二钙2CaO·SiO2（简称C2S）含量一般在24%～30%之间；水化反应缓慢，强度增长

4、慢；对水泥的最终强度有影响。一、油井水泥油井水泥的主要成分:(3)、铝酸三钙3CaO·Al2O3（简称C3A）促进水泥快速水化；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；对硫酸盐极为敏感；对于有较高早期强度的水泥，其含量可达15%。(4)、铁铝酸四钙4CaO2·Al2O3·Fe2O3（简称C4AF），对强度影响较小，水化速度仅次于C3A，早期强度增长较快，含量为8%～12%。除了以上四种主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。一、油井水泥油井水泥的水化作用:水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化产物。水泥浆逐渐由液态变为固态，使水泥硬化

5、和凝结，形成有一定强度的固体状物质――水泥石。水泥的水化反应3CaO·SiO2＋2H2O→2CaO·SiO2·H2O十Ca(OH)22CaO·SiO2＋H2O→2CaO·SiO2·H2O3CaO·Al2O3＋6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O4CaO·Al2O3＋Fe2O3＋6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O除此之外还发生其他二次反应，生成物中有大量的硅酸盐水化产物及氢氧化钙等。一、油井水泥水泥的凝结和硬化:1)、溶胶期：水泥与水混合成胶体液，此时水与水泥成分开始产生水化反应，水化产物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体析出，形成胶溶

6、体系。此时水泥浆仍有流动性。2)、凝结期：水泥反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥浆变稠，直到失去流动性。3)、硬化期：水泥的水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度增加，已经硬化成为水泥石。一、油井水泥油井水泥的分类1、API水泥使用范围一、油井水泥油井水泥的分类2、国产以温度系列为标准的油井水泥45℃水泥：用于表层及浅层，深度小于1500米；75℃水泥：用于井深1500－3200m。当超过3500m时应加入缓凝剂。温度超过110℃时，应加入不少于28%的硅粉。95℃水泥：用于井深2500－3500m。当温度超过ll0℃

7、时，应加入不少于28%的硅粉。120℃水泥：用于井深3500－5000m。当用于4500一5000m时应加入缓凝剂及降失水剂。二、水泥浆性能与固井工程的关系（一）、水泥浆性能1、水泥浆的密度干水泥密度3.05～3.20g/cm3；水泥完全水化需要的水为水泥重量的20%左右；使水泥浆能流动加水量应达到水泥重量的45%～50%；水泥浆密度1.80～1.90g/cm3之间；水灰比：水与干水泥重量之比。二、水泥浆性能